(57)【要約】  この発明は、硫黄分の排出や燃費の悪化を回避しつつ、ＮＯｘ触媒の硫黄堆積量を正確に推定することを目的とする。  内燃機関１０の排気通路２２には、ＮＯｘ触媒またはＳトラップ触媒により構成されたメイン触媒３０と、メイン触媒３０の上流側に位置してＳＯｘ吸蔵剤を有するサブ触媒３２とを設ける。ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御の実行中にサブ触媒３２の温度上昇量を検出し、この温度上昇量に基いてメイン触媒３０に堆積した硫黄分の堆積量を推定する。これにより、メイン触媒３０に対してＳ再生制御が実行される前に、サブ触媒３２を用いて硫黄分の堆積量を推定することができ、この推定結果に基いて硫黄分の排出や燃費の悪化を回避するための制御を実行することができる。
2011055456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ触媒と排気ガス中のＳＯｘを捕捉するＳトラップ触媒のうち、何れか一方の触媒により構成されたメイン触媒と、
前記メイン触媒の上流側で前記排気通路に設けられ、排気ガス中のＳＯｘを吸蔵する吸蔵剤を備えたサブ触媒と、
前記サブ触媒の温度または前記サブ触媒を通過した排気ガスの温度である触媒温度を前記メイン触媒の上流側で検出する触媒温度検出手段と、
少なくとも前記サブ触媒に吸蔵されたＳＯｘを脱離させるためのＳ再生制御を行う再生制御手段と、
前記Ｓ再生制御の実行中に前記触媒温度の上昇量を算出し、当該温度上昇量に基いて前記メイン触媒に堆積した硫黄分の堆積量を推定する硫黄堆積量推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記サブ触媒は、前記メイン触媒よりも熱容量を小さく形成してなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記サブ触媒は、前記メイン触媒よりも塩基性の低い材料を用いて形成してなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記メイン触媒は、酸素吸蔵能を有するＯＳＣ材を備えてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記再生制御手段は、内燃機関の運転状態が減速運転、アイドル運転及び運転停止直前の何れかである場合に前記Ｓ再生制御を実行し、前記硫黄堆積量推定手段は、当該Ｓ再生制御中に前記硫黄分の堆積量を推定する構成としてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記Ｓ再生制御がインターバルをもって繰返し実行されるときに、前記インターバル間の燃料消費量及びオイル消費量と、前記硫黄分の堆積量の推定値とに基いて、燃料中の硫黄濃度を算出する硫黄濃度算出手段を備えてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記燃料中の硫黄濃度に基いて前記メイン触媒に流入する硫黄分の流入量を補正する補正手段を備えてなる請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記燃料中の硫黄濃度が基準値よりも高い場合に、硫黄濃度が高いことを報知する報知手段を備えてなる請求項６または７に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、ＮＯｘ触媒またはＳトラップ触媒を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（日本特開２００９−１３８５２５号公報）に開示されているように、ＮＳＲ（NOx Storage-Reduction）触媒等のＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の制御装置が知られている。ＮＯｘ触媒は、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を酸化雰囲気で吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを還元雰囲気で還元することができる。しかし、ＮＯｘ触媒の性能は、排気ガス中の硫黄分が触媒に堆積することにより低下する。このため、従来技術では、ＮＯｘ触媒に還元剤を導入するときに、触媒の温度（床温）をセンサにより検出し、触媒温度の上昇度合いに基いて硫黄分の堆積量を推定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２００９−１３８５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術では、還元剤を導入したときの触媒温度の上昇度合いに基いて、硫黄分の堆積量を推定する構成としている。しかしながら、硫黄分の堆積量が多い場合に、還元剤を不用意に導入すると、一時的であっても高濃度の硫黄分が触媒から脱離して排出されることがあり、排気エミッションが悪化するという問題がある。また、多量の硫黄分が堆積していることを想定して、ＮＯｘ触媒から硫黄分が脱離し難い状況（触媒が低温であったり、排気空燃比がリーンである状況）で還元剤を導入した場合には、触媒温度が上昇するまでに長い時間が必要となる。従って、この場合には、還元剤（燃料）の消費量が増えて燃費が悪化したり、触媒に余分な熱負荷を与えるという問題もある。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、硫黄分の排出や燃費の悪化を回避しつつ、メイン触媒の硫黄堆積量を正確に推定することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ触媒と排気ガス中のＳＯｘを捕捉するＳトラップ触媒のうち、何れか一方の触媒により構成されたメイン触媒と、
前記メイン触媒の上流側で前記排気通路に設けられ、排気ガス中のＳＯｘを吸蔵する吸蔵剤を備えたサブ触媒と、
前記サブ触媒の温度または前記サブ触媒を通過した排気ガスの温度である触媒温度を前記メイン触媒の上流側で検出する触媒温度検出手段と、
少なくとも前記サブ触媒に吸蔵されたＳＯｘを脱離させるためのＳ再生制御を行う再生制御手段と、
前記Ｓ再生制御の実行中に前記触媒温度の上昇量を算出し、当該温度上昇量に基いて前記メイン触媒に堆積した硫黄分の堆積量を推定する硫黄堆積量推定手段と、
を備えることを特徴とする。【０００７】
第２の発明によると、前記サブ触媒は、前記メイン触媒よりも熱容量を小さく形成する構成としている。【０００８】
第３の発明によると、前記サブ触媒は、前記メイン触媒よりも塩基性の低い材料を用いて形成する構成としている。【０００９】
第４の発明によると、前記メイン触媒は、酸素吸蔵能を有するＯＳＣ材を備える構成としている。【００１０】
第５の発明によると、前記再生制御手段は、内燃機関の運転状態が減速運転、アイドル運転及び運転停止直前の何れかである場合に前記Ｓ再生制御を実行し、前記硫黄堆積量推定手段は、当該Ｓ再生制御中に前記硫黄分の堆積量を推定する構成としている。【００１１】
第６の発明は、前記Ｓ再生制御がインターバルをもって繰返し実行されるときに、前記インターバル間の燃料消費量及びオイル消費量と、前記硫黄分の堆積量の推定値とに基いて、燃料中の硫黄濃度を算出する硫黄濃度算出手段を備える構成としている。【００１２】
第７の発明は、前記燃料中の硫黄濃度に基いて前記メイン触媒に流入する硫黄分の流入量を補正する補正手段を備える構成としている。【００１３】
第８の発明は、前記燃料中の硫黄濃度が基準値よりも高い場合に、硫黄濃度が高いことを報知する報知手段を備える構成としている。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、サブ触媒はメイン触媒よりも上流側に配置されているので、Ｓ再生制御の開始後には、サブ触媒の温度をメイン触媒よりも早くＳ脱離可能温度に到達させることができる。これにより、メイン触媒の温度がＳ脱離可能温度に達する前（即ち、メイン触媒から硫黄分が脱離する前）に、硫黄分の脱離反応により上昇したサブ触媒の温度上昇量を検出することができ、この温度上昇量に基いてメイン触媒の硫黄堆積量を正確に推定することができる。そして、この推定結果に基いて硫黄分の排出や燃費の悪化を回避するための制御を実行することができる。また、サブ触媒の温度上昇量を検出している期間中に、サブ触媒から硫黄分が脱離しても、この硫黄分を下流側のメイン触媒によって吸蔵することができる。従って、排気エミッションや燃費を向上させることができる。【００１５】
第２の発明によれば、サブ触媒はメイン触媒よりも熱容量が小さいので、Ｓ再生制御の開始後には、サブ触媒の温度をメイン触媒よりも早くＳ脱離可能温度に到達させることができる。これにより、サブ触媒の温度がＳ脱離可能温度に達してからメイン触媒の温度がＳ脱離可能温度に達する直前までの期間、即ち、サブ触媒の温度上昇量を検出するための検出期間を十分に確保することができる。従って、例えばサブ触媒の温度が緩やかに上昇する場合でも、その温度上昇量を検出期間中に正確に検出することができる。これにより、温度上昇量に基いた硫黄堆積量の推定精度を向上させることができる。【００１６】
第３の発明によれば、サブ触媒に塩基性の低い材料を用ることにより、サブ触媒のＳ脱離可能温度をメイン触媒よりも低く設定することができる。従って、サブ触媒の温度上昇量を検出するための期間を長くすることができ、この検出期間中に温度上昇量を正確に検出することができる。これにより、温度上昇量に基いた硫黄堆積量の推定精度を向上させることができる。【００１７】
第４の発明によれば、メイン触媒は、ＯＳＣ材に吸蔵されていた酸素の存在下で、サブ触媒から脱離したＳＯｘを効率よく捕捉することができる。これにより、サブ触媒の温度上昇量を検出している検出期間中に、サブ触媒から硫黄分が脱離しても、排気エミッションを良好に保持することができる。【００１８】
第５の発明によれば、減速運転やアイドル運転の実施中には、内燃機関の運転状態が安定しており、排気ガスの流量や温度の変化が小さい。また、内燃機関が停止される直前の状態においても、排気ガスの流量や温度は安定した状態となる。従って、これらの運転状態において、硫黄堆積量の推定処理を実行すれば、外乱の少ない状態でサブ触媒の温度上昇量を正確に検出することができる。これにより、硫黄堆積量の推定精度を高めることができる。【００１９】
第６の発明によれば、硫黄濃度算出手段は、Ｓ再生制御のインターバル間の燃料消費量及びオイル消費量と、硫黄堆積量の推定値とに基いて、燃料中の硫黄濃度を算出することができる。これにより、燃料中の硫黄濃度に基いて触媒の硫黄堆積量を抑制するための適切な制御を行うことができる。【００２０】
第７の発明によれば、補正手段は、燃料中の硫黄濃度に基いてメイン触媒に流入する硫黄分の流入量を補正することができ、メイン触媒の硫黄被毒を可能な限り抑えることができる。【００２１】
第８の発明によれば、報知手段は、燃料中の硫黄濃度が基準値よりも高い場合に、この状態を運転者等に報知することができ、硫黄濃度が高い燃料の使用について注意を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、排気系統の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１において、Ｓ再生制御中のメイン触媒とサブ触媒の温度変化を示す特性線図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２において、排気系統の構成を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２において、Ｓ再生制御中のメイン触媒とサブ触媒の温度変化を示す特性線図である。
【図７】本発明の実施の形態３において、排気系統の構成を示す説明図である。
【図８】メイン触媒の上流側と下流側の排気空燃比を示す特性線図である。
【図９】本発明の実施の形態４において、排気系統の構成を示す説明図である。
【図１０】減速運転またはアイドル運転中に硫黄堆積量を推定する状態を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態４において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、例えばディーゼルエンジンからなる多気筒型の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の各気筒１２内にはピストン１４が往復動可能に設けられており、これらのピストン１４は各気筒１２内に燃焼室１６を形成している。また、各ピストン１４は、内燃機関１０のクランク軸１８に連結されている。
【００２４】
また、内燃機関１０は、各気筒１２内に吸入空気を吸込む吸気通路２０と、各気筒１２から排気ガスが排出される排気通路２２とを備えている。吸気通路２０には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２４と、吸入空気量を増減させるスロットルバルブ２６とが設けられている。スロットルバルブ２６は、例えば電子制御式のバルブによって構成され、アクセル開度等に基づいてスロットルモータ２８により駆動される。一方、排気通路２２には、メイン触媒３０とサブ触媒３２とが設けられている。なお、これらの触媒については後述する。また、各気筒１２には、筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁３４に加えて、吸気バルブ３８、排気バルブ４０等が設けられている。
【００２５】
さらに、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ４２、触媒温度センサ４４、空燃比センサ４６，４８等を含むセンサ系統と、内燃機関１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。クランク角センサ４２は、クランク軸１８の回転に同期した信号を出力するもので、ＥＣＵ５０は、この信号に基いて機関回転数やクランク角を検出することができる。触媒温度センサ４４は、本実施の形態の触媒温度検出手段を構成するもので、メイン触媒３０の上流側かつサブ触媒３２の下流側となる位置で排気通路２２に設けられている。そして、触媒温度センサ４４は、サブ触媒３２の温度（床温）か、またはサブ触媒３２を通過した直後の排気ガスの温度を、触媒温度として検出するものである。なお、図１及び図２においては、触媒温度センサ４４によりサブ触媒３２の下流側の排気温度を検出するものとしたが、本発明はこれに限らず、触媒温度センサ４４によりサブ触媒３２の床温を検出する構成としてもよい。
【００２６】
また、上流側の空燃比センサ４６は、メイン触媒３０の上流側かつサブ触媒３２の下流側となる位置で排気空燃比を検出するもので、下流側の空燃比センサ４８は、メイン触媒３０の下流側で排気空燃比を検出する。ＥＣＵ５０は、空燃比センサ４６，４８の信号に基いて燃料噴射量を調整することにより、排気空燃比が理論空燃比（ストイキ）の近傍となるように制御する空燃比フィードバック制御を行うことができる。センサ系統には、上述したセンサ４２〜４８、エアフロメータ２４の他に、車両や内燃機関の制御に必要な各種のセンサが含まれている。このようなセンサの一例を挙げれば、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等である。これらのセンサはＥＣＵ５０の入力側に接続されている。
【００２７】
一方、ＥＣＵ５０の出力側には、上述したスロットルモータ２８、燃料噴射弁３４等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動することにより運転状態を制御する。具体例を挙げれば、エアフロメータにより検出した吸入空気量等に基いて燃料の噴射量及び噴射時期を設定し、この設定内容に基いて燃料噴射弁３４を駆動する燃料噴射制御を実行する。
【００２８】
［実施の形態１の特徴］
図２は、本発明の実施の形態１において、排気系統の構成を示す説明図である。本実施の形態は、メイン触媒３０に堆積した硫黄分の堆積量を、サブ触媒３２の温度に基いて推定することを特徴としている。まず、メイン触媒３０について説明すると、メイン触媒３０は、例えばＮＯｘ触媒により構成されている。即ち、メイン触媒３０は、排気ガス中のＮＯｘを酸化雰囲気で吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを還元雰囲気で還元することができる。ＥＣＵ５０は、メイン触媒３０に吸蔵されたＮＯｘを還元するために、適切なタイミングでＮＯｘ還元制御を実行する。ＮＯｘ還元制御では、例えばリッチスパイク制御等によって排気空燃比を一時的にリッチ化したり、燃料添加弁等によって排気ガス中に燃料を添加する。これにより、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に変化し、還元雰囲気となるので、メイン触媒３０は、吸蔵したＮＯｘを還元することができる。
【００２９】
一方、ＮＯｘ触媒は、酸化雰囲気において、排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）も吸蔵する。吸蔵されたＳＯｘは、ＮＯｘ還元制御中の触媒温度（例えば、２５０℃程度）では放出されない。このＳＯｘが触媒に堆積すると、触媒のＮＯｘ吸蔵能が低下することになり、いわゆる硫黄被毒が生じる。このため、ＥＣＵ５０は、適切なタイミングでＳ再生制御を実行し、メイン触媒３０のＮＯｘ吸蔵能を再生する。Ｓ再生制御では、触媒中の硫黄分が脱離可能となる所定の温度（以下、Ｓ脱離可能温度と称す）まで触媒床温を上昇させた状態で、還元剤となる燃料を触媒に添加する。これにより、メイン触媒３０に堆積した硫黄分を還元雰囲気で脱離させることができる。なお、Ｓ脱離可能温度は、触媒の材料や成分比等によって異なるが、一例を挙げれば６００℃以上の高い温度である。
【００３０】
しかし、単にＳ再生制御を実行すると、メイン触媒３０の状態によっては、触媒に堆積していた硫黄分が排気ガス中に排出されたり、還元剤が余分に必要となる虞れがある。そこで、本実施の形態では、メイン触媒３０の温度をＳ脱離可能温度まで上昇させる前に、サブ触媒３２を利用してメイン触媒３０の硫黄堆積量を推定する。サブ触媒３２は、例えばメイン触媒３０よりも熱容量が小さな小型の触媒により構成され、メイン触媒３０の上流側に配置されている。また、サブ触媒３２には、排気ガス中のＳＯｘを吸蔵する吸蔵剤がコーティングされており、この吸蔵剤は、メイン触媒３０とほぼ等しいＳ脱離可能温度を有している。このため、排気ガス中の硫黄分は、Ｓ再生制御中を除く通常の運転状態において、触媒３０，３２の両方に同じ度合いで堆積する。
【００３１】
また、サブ触媒３２は、メイン触媒３０の上流側に配置され、かつ熱容量が小さいので、Ｓ再生制御の開始後には、サブ触媒３２の温度がメイン触媒３０よりも早くＳ脱離可能温度に達する。図３は、本発明の実施の形態１において、Ｓ再生制御中のメイン触媒とサブ触媒の温度変化を示す特性線図である。図３に示すように、Ｓ再生制御が開始されると、触媒３０，３２の床温は排気温度と共に上昇する。しかし、両者の床温がＳ脱離可能温度に達するタイミングには、前述した理由により時間差が生じる。この時間差に対応する期間（図４中の検出期間Ａ）中には、Ｓ脱離可能温度に達していないメイン触媒３０からＳＯｘが脱離することはない。一方、サブ触媒３２の温度は、検出期間Ａの開始時点でＳ脱離可能温度に達しているので、サブ触媒３２に吸蔵されていたＳＯｘは、検出期間Ａ中に脱離することになる。この脱離反応は発熱反応であるため、サブ触媒３２の床温は、ＳＯｘが脱離するにつれて上昇する。
【００３２】
即ち、検出期間Ａ中におけるサブ触媒３２の温度上昇量は、当該触媒に吸蔵されていたＳＯｘの量が多いほど、大きくなる特性を有している。従って、排気ガス中の硫黄分が触媒３０，３２に同じ度合いで堆積することを考慮すれば、触媒温度センサ４４により検出した触媒温度の上昇量に基いて、メイン触媒３０に堆積した硫黄分の堆積量を推定することができる。このため、ＥＣＵ５０には、検出期間Ａ中におけるサブ触媒３２の温度上昇量と、メイン触媒３０の硫黄堆積量との関係をデータ化したマップデータが予め記憶されている。このマップデータは、サブ触媒３２の温度上昇量が大きくなるほど、硫黄堆積量の推定値が増大するように設定されている。
【００３３】
ＥＣＵ５０は、Ｓ再生制御を開始した後に、触媒温度センサ４４の出力に基いて検出期間Ａ中の温度上昇量を検出する。この場合、ＥＣＵ５０は、触媒温度センサ４４により検出した温度がＳ脱離可能温度以上となった時点で、検出期間Ａが開始したと判定する。また、触媒温度センサ４４の検出温度からメイン触媒３０の床温を推定し、この床温がＳ脱離可能温度に達する直前の時点で、検出期間Ａが終了したと判定する。なお、本発明では、検出期間Ａの終了時点を判定するために、メイン触媒３０の床温を検出する温度センサ等を設ける構成としてもよい。そして、ＥＣＵ５０は、サブ触媒３２の温度上昇量と前記マップデータとに基いてメイン触媒３０の硫黄堆積量を推定し、この推定結果に対処するために適切な制御を実行することができる。以下、硫黄堆積量に応じて実行される制御の一例について説明する。
【００３４】
（硫黄堆積量に対応した制御）
Ｓ再生制御は、ＥＣＵ５０により適切なインターバルをもって繰返し実行される。サブ触媒３２に堆積する硫黄分は、メイン触媒３０よりも相対的に少量であるから、サブ触媒３２の硫黄堆積量は、Ｓ再生制御が実行される毎にほぼ零になると考えることができる。従って、Ｓ再生制御の実行中に上記方法で推定（検出）された硫黄堆積量は、前回のＳ再生制御から今回のＳ再生制御までの間、即ち、Ｓ再生制御のインターバルの間に内燃機関から排出されたＳＯｘの排出量に対応している。一方、触媒に堆積する硫黄分は、燃料中に元々含まれている硫黄分や、内燃機関の潤滑オイル中の硫黄分がオイルと共に燃料に混入したものである。
【００３５】
このため、ＥＣＵ５０は、前記インターバル間の燃料消費量及びオイル消費量と、前記硫黄堆積量の推定値（ＳＯｘの排出量）とに基いて、燃料中の硫黄濃度を算出する。そして、算出した硫黄濃度に基いて、メイン触媒３０に流入するＳＯｘの量を補正するように構成されている。具体的に述べると、ＥＣＵ５０は、まず、１燃焼サイクル毎に各気筒で噴射される燃料の噴射量を積算することにより、前記インターバル間の燃料消費量を算出することができる。また、オイル消費量（オイルパン側から筒内に混入する潤滑オイルの量）は、機関回転数、負荷率等のパラメータと相関があるので、ＥＣＵ５０には、これらのパラメータと１燃焼サイクル当りのオイル消費量との関係をデータ化したマップデータが予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、これらのパラメータとマップデータとに基いて算出したオイル消費量を積算することにより、前記インターバル間のオイル消費量を算出することができ、更に燃料中の硫黄濃度を算出することができる。
【００３６】
そして、燃料中の硫黄濃度が高い場合には、例えば燃料噴射量を調整することにより、メイン触媒３０に流入するＳＯｘの流入量を補正し、これによりメイン触媒３０の硫黄堆積量を抑制するようにする。また、ＥＣＵ５０は、燃料中の硫黄濃度が所定の基準値よりも高い場合に、車両の運転者に燃料中の硫黄濃度が高いことを報知するための報知器（図示せず）を作動させる。この報知器は、ランプ、ブザー、音声等により報知動作を行うものである。
【００３７】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図４は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。なお、図４に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰り返し実行されるものである。このルーチンでは、まず、Ｓ再生制御を実行可能な運転状態であるか（例えば、Ｓ再生制御を実行しても運転性に悪影響を与えない運転状態であるか）否かを判定する（ステップ１００）。この判定が不成立の場合には、今回の制御を終了する。また、ステップ１００の判定が成立した場合には、Ｓ再生制御を開始する（ステップ１０２）。
【００３８】
次に、触媒温度センサ４４の出力に基いてサブ触媒３２の温度を検出し（ステップ１０４）、検出した触媒温度がサブ触媒３２のＳ脱離可能温度以上であるか否かを判定する（ステップ１０６）。この判定が不成立の場合には、判定が成立するまでステップ１０４，１０６の処理を繰返し実行する。ステップ１０６の判定が成立した場合には、前述した検出期間Ａの開始時点であるから、触媒温度センサ４４の出力に基いてサブ触媒３２の温度上昇量を検出する（ステップ１０８）。また、この検出処理と並行して、前述の方法により検出期間Ａの終了時点が到来したか否かを判定する（ステップ１１０）。そして、この判定が不成立の場合には、判定が成立するまでステップ１０８，１１０の処理を繰返し実行する。
【００３９】
また、ステップ１１０の判定が成立した場合には、検出された温度上昇量と前記マップデータとに基いて、メイン触媒３０に堆積した硫黄分の堆積量を推定する（ステップ１１２）。次の処理では、前述したように、Ｓ再生制御のインターバル間の燃料消費量及びオイル消費量を算出し、これらの算出値と硫黄堆積量の推定値とに基いて、燃料中の硫黄濃度を算出する（ステップ１１４）。そして、硫黄濃度の算出値に基いて、硫黄堆積量に対応した制御を実行する（ステップ１１６）。
【００４０】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、サブ触媒３２はメイン触媒３０よりも上流側に配置され、かつメイン触媒３０よりも熱容量が小さい。このため、Ｓ再生制御の開始後には、サブ触媒３２の温度をメイン触媒３０よりも早くＳ脱離可能温度に到達させることができる。これにより、メイン触媒３０の温度がＳ脱離可能温度に達する前（即ち、メイン触媒３０から硫黄分が脱離する前）に、硫黄分の脱離反応により上昇したサブ触媒３２の温度上昇量を検出することができ、この温度上昇量に基いてメイン触媒３０の硫黄堆積量を正確に推定することができる。
【００４１】
そして、硫黄堆積量の推定結果に基いて硫黄分の排出や燃費の悪化を回避するための制御を実行することができる。また、サブ触媒３２の温度上昇量を検出している期間中に、サブ触媒３２から硫黄分が脱離しても、この硫黄分を下流側のメイン触媒３０によって吸蔵することができる。従って、排気ガス中の硫黄分や触媒から脱離した硫黄分が外部に排出されるのを確実に防止でき、排気エミッションや燃費を向上させることができる。
【００４２】
特に、サブ触媒３２の熱容量をメイン触媒３０よりも小さくすることにより、サブ触媒３２の温度がＳ脱離可能温度に達してからメイン触媒３０の温度がＳ脱離可能温度に達する直前までの期間、即ち、サブ触媒３２の温度上昇量を検出するための検出期間Ａを十分に確保することができる。従って、例えばサブ触媒３２の温度が緩やかに上昇する場合でも、その温度上昇量を検出期間Ａ中に正確に検出することができる。これにより、温度上昇量に基いた硫黄堆積量の推定精度を向上させることができる。
【００４３】
また、本実施の形態によれば、Ｓ再生制御のインターバル間の燃料消費量及びオイル消費量と、硫黄堆積量の推定値とに基いて、燃料中の硫黄濃度を算出することができる。これにより、燃料中の硫黄濃度に基いて触媒の硫黄堆積量を抑制するための適切な制御を行うことができる。具体的には、燃料中の硫黄濃度に基いてメイン触媒３０に流入する硫黄分の流入量を補正することができ、メイン触媒３０の硫黄被毒を可能な限り抑えることができる。また、燃料中の硫黄濃度が基準値よりも高い場合には、この状態を運転者等に報知することができ、硫黄濃度が高い燃料の使用について注意を促すことができる。
【００４４】
（実施の形態１の変形例）
なお、実施の形態１では、メイン触媒３０としてＮＯｘ触媒を用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、メイン触媒３０は、排気ガス中のＳＯｘを捕捉／放出するＳトラップ触媒により構成してもよい。Ｓトラップ触媒は、一般的に知られているように、排気空燃比がストイキよりもリーンであるときに、ＳＯｘを捕捉する。また、排気空燃比がストイキよりもリッチとなり、かつ触媒温度が所定のＳ脱離可能温度以上となったときには、Ｓトラップ触媒に捕捉されていたＳＯｘが脱離する。従って、本発明によれば、メイン触媒３０としてＳトラップ触媒を用いた場合でも、ＮＯｘ触媒の場合と同様の作用効果を得ることができ、発明の適用範囲を広げることができる。
【００４５】
実施の形態２．
次に、図５及び図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１と同様のシステム構成及び制御（図１，図４）を採用しているものの、サブ触媒の構成材料が実施の形態１と異なっている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４６】
［実施の形態２の特徴］
図５は、本発明の実施の形態２において、排気系統の構成を示す説明図である。サブ触媒６０は、実施の形態１とほぼ同様に、ＳＯｘ吸蔵剤を担持した小容量触媒により構成され、メイン触媒３０の上流側に配置されている。また、サブ触媒６０は、メイン触媒３０よりも塩基性の低い材料を用いて形成されている。これにより、サブ触媒６０のＳ脱離可能温度は、メイン触媒３０よりも低い温度に設定されている。なお、本実施の形態のシステムは、メイン触媒３０によってＮＯｘを浄化することを目的としており、サブ触媒６０のＮＯｘ浄化性能には依存していないので、サブ触媒６０の材料やＳ脱離可能温度を変更したとしても、システム全体の浄化性能に影響することはない。
【００４７】
図６は、本発明の実施の形態２において、Ｓ再生制御中のメイン触媒とサブ触媒の温度変化を示す特性線図である。図６に示すように、サブ触媒６０のＳ脱離可能温度は、メイン触媒３０よりも低く設定されている。このため、Ｓ再生制御が開始されると、サブ触媒６０の温度は、早期にＳ脱離可能温度に達することになり、その分だけ検出期間Ａ′の開始時点が早くなる。従って、本実施の形態によれば、検出期間Ａ′として長い時間を確保することができるので、例えばサブ触媒６０の温度が緩やかに上昇する場合でも、その温度上昇量を検出期間Ａ′中に正確に検出することができる。これにより、温度上昇量に基いた硫黄堆積量の推定精度を向上させることができる。
【００４８】
実施の形態３．
次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１と同様のシステム構成及び制御（図１，図４）を採用しているものの、メイン触媒にＯＳＣ材を担持させており、この点で実施の形態１と構成が異なっている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４９】
［実施の形態３の特徴］
図７は、本発明の実施の形態３において、排気系統の構成を示す説明図である。メイン触媒７０は、実施の形態１とほぼ同様のＮＯｘ触媒により構成されているが、酸素吸蔵能を有するＯＳＣ材（Oxygen Storage Capacity）を担持している。この構成によれば、メイン触媒７０は、Ｓ再生制御の実行時にサブ触媒３２から脱離したＳＯｘを効率よく捕捉することができる。
【００５０】
即ち、Ｓ再生制御の実行時には、還元剤となる燃料により排気ガスがリッチ雰囲気（還元雰囲気）に保持されるが、この排気ガス中に含まれるＳＯｘ、ＨＣ、ＣＯ、Ｈ2等の還元剤成分は、ＯＳＣ材から放出される酸素と反応する。このとき、ＳＯｘは、酸素との反応によりメイン触媒７０に捕捉される。従って、メイン触媒７０は、ＯＳＣ材に吸蔵されていた酸素の存在下で、サブ触媒３２から脱離したＳＯｘを効率よく捕捉することができる。これにより、サブ触媒３２の温度上昇量を検出している検出期間中に、サブ触媒３２から硫黄分が脱離しても、排気エミッションを良好に保持することができる。
【００５１】
また、本実施の形態では、Ｓ再生制御により排気空燃比をリッチ化するときに、ＯＳＣ材の酸素吸蔵能を考慮して空燃比の値とリッチ化の継続時間とを適切に制御し、メイン触媒７０の下流側で排気空燃比をストイキに保持する。図８は、メイン触媒の上流側と下流側の排気空燃比を示す特性線図である。この図に示すように、空燃比の値とリッチ化の継続時間とは、オーバーリッチ分の総還元剤量（リッチ化に寄与する還元剤の総量）がメイン触媒７０のＯＳＣ量（前記ＯＳＣ材に吸蔵されている酸素の総量）を超えないように制御される。なお、この制御は、前述した空燃比フィードバック制御の一部として行われるものである。
【００５２】
実施の形態４．
次に、図９乃至図１１を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１と同様のシステム構成（図１）を採用しているものの、特定の運転状態において硫黄堆積量の推定を行う構成としており、この点で実施の形態１と構成が異なっている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５３】
［実施の形態４の特徴］
図９は、本発明の実施の形態４において、排気系統の構成を示す説明図である。この図に示すように、排気通路２２には、燃料添加弁８０とグロープラグ（スパークプラグ）８２が設けられている。燃料添加弁８０は、ＥＣＵ５０によって制御される電磁弁等からなり、サブ触媒３２の上流側に配置されている。そして、燃料添加弁８０は、前述したＮＯｘ還元制御やＳ再生制御の実行時に、還元剤となる燃料を排気ガス中に添加する。一方、グロープラグ８２は、燃料添加弁８０の下流側でサブ触媒３２の上流側に配置されており、ＥＣＵ５０から通電されることにより排気ガスを加熱するように構成されている。このため、ＥＣＵ５０は、グロープラグ８２を作動させることにより、サブ触媒３２に流入する排気ガスの温度を安定させ、この温度を一定の基準状態に保持することができる。
【００５４】
そして、本実施の形態では、内燃機関の運転状態が減速運転、アイドル運転及び運転停止直前の何れかである場合に、Ｓ再生制御を実行し、当該制御の実行中に前述した硫黄堆積量の推定処理を行う構成としている。図１０は、減速運転またはアイドル運転中に硫黄堆積量を推定する状態を示す説明図である。減速運転やアイドル運転の実施中には、内燃機関の運転状態が安定しており、排気ガスの流量や温度の変化が小さい。また、内燃機関が停止される直前の状態においても、排気ガスの流量や温度は安定した状態となる。従って、これらの運転状態において、例えばグロープラグ８２を作動させることにより排気温度を安定させつつ、硫黄堆積量の推定処理を実行すれば、外乱の少ない状態でサブ触媒３２の温度上昇量を正確に検出することができる。これにより、硫黄堆積量の推定精度を高めることができる。
【００５５】
［実施の形態４を実現するための具体的な処理］
図１１は、本発明の実施の形態４において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。なお、図１１に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰り返し実行されるものである。このルーチンでは、まず、内燃機関の運転状態が減速運転、アイドル運転または運転停止直前の何れかに該当するか否かを判定する（ステップ２００）。この判定が不成立の場合には、今回の制御を終了する。また、ステップ２００の判定が成立した場合には、ステップ２０２〜２１６の処理を実行する。ステップ２０２〜２１６は、実施の形態１（図４）のステップ１０２〜１１６と同様の処理である。これにより、メイン触媒３０の硫黄堆積量を安定した状態で推定することができる。
【００５６】
なお、前記実施の形態では、図４中のステップ１００，１０２が請求項１における再生制御手段の具体例を示し、図１１中のステップ２００，２０２は、請求項５における再生制御手段の具体例を示している。また、図４、図１１中のステップ１１２，２１２は硫黄堆積量推定手段の具体例、ステップ１１４，２１４は硫黄濃度算出手段の具体例、ステップ１１６，２１６は補正手段及び報知手段の具体例を示している。
【００５７】
また、実施の形態では、ディーゼルエンジンからなる内燃機関１０に適用する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンを含む各種の内燃機関に広く適用することができる。
【００５８】
さらに、本発明は、実施の形態１乃至４に記載された構成を個別に実現することに限定されるものではなく、例えば実施の形態１乃至４に記載された構成のうち、任意の２つ、３つまたは４つの構成を組合わせることによりシステムを実現してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０  内燃機関
１２  気筒
１４  ピストン
１６  燃焼室
１８  クランク軸
２０  吸気通路
２２  排気通路
２４  エアフロメータ
２６  スロットルバルブ
２８  スロットルモータ
３０，７０  メイン触媒
３２，６０  サブ触媒
３４  燃料噴射弁
３８  吸気バルブ
４０  排気バルブ
４２  クランク角センサ
４４  触媒温度センサ（触媒温度検出手段）
４６，４８  空燃比センサ
５０  ＥＣＵ
８０  燃料添加弁
８２  グロープラグ
【図１】
2011055456.tif 000003
【図２】
2011055456.tif 000004
【図３】
2011055456.tif 000005
【図４】
2011055456.tif 000006
【図５】
2011055456.tif 000007
【図６】
2011055456.tif 000008
【図７】
2011055456.tif 000009
【図８】
2011055456.tif 000010
【図９】
2011055456.tif 000011
【図１０】
2011055456.tif 000012
【図１１】
2011055456.tif 000013
【国際調査報告】
2011055456.tif 000014
2011055456.tif 000015